KR100682059B1 - Ultra low power limiter - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 과전압 보호회로에 관한 것으로서, 상호 직렬연결되어 정류소자로부터의 입력전압의 크기에 따라 순차적으로 턴온되는 복수의 반도체 소자로 형성된 제1스위칭부, 전류특성이 상이한 한 쌍의 반도체 소자가 직렬연결되어 형성되며, 제1스위칭부와 병렬연결되는 적어도 한 쌍의 제2스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 기준전압 이하에서는 누설전류를 최소화하고, 기준전압 이상에서 누설전류를 최대화할 수 있게 됨으로써, 기준전압 이상에서 회로에 과전압이 공급되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기준전압 이하에서는 충분한 전류가 회로로 제공될 수 있다. The present invention relates to an overvoltage protection circuit, comprising: a first switching unit formed of a plurality of semiconductor devices connected in series and sequentially turned on according to the magnitude of an input voltage from a rectifying device, and a pair of semiconductor devices having different current characteristics It is formed in series connection, it characterized in that it comprises at least a pair of second switching unit connected in parallel with the first switching unit. As a result, the leakage current can be minimized below the reference voltage and the leakage current can be maximized above the reference voltage, thereby preventing overvoltage from being supplied to the circuit above the reference voltage, and sufficient current below the reference voltage. May be provided as a circuit.

RFID, 리미터, n채널 MOSFET, PNP형 BJT RFID, Limiter, n-Channel MOSFET, PNP Type BJT

Description

초 저전력 과전압 보호회로{ULTRA LOW POWER LIMITER}Ultra Low Power Overvoltage Protection Circuitry {ULTRA LOW POWER LIMITER}

도 1은 RF 태그의 부분 회로도,1 is a partial circuit diagram of an RF tag,

도 2는 종래의 제1실시예에 따른 RF 태그에 사용되는 리미터의 회로도,2 is a circuit diagram of a limiter used for an RF tag according to a first embodiment of the present invention;

도 3은 종래의 제2실시예에 따른 RF 태그에 사용되는 리미터의 회로도,3 is a circuit diagram of a limiter used for an RF tag according to a second embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 과전압 보호회로의 회로도,4 is a circuit diagram of an overvoltage protection circuit according to a first embodiment of the present invention;

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 과전압 보호회로의 회로도이다. 5 is a circuit diagram of an overvoltage protection circuit according to a second embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 리미터 20 : 레귤레이터10: limiter 20: regulator

30, 50 : 제1스위칭부 40, 60 : 제2스위칭부30, 50: first switching part 40, 60: second switching part

본 발명은 과전압 보호회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기준전압 미만에서는 누설전류가 최소가 되고, 기준전압 이상에서는 누설전류가 급격히 증가하도록 하는 과전압 보호회로에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an overvoltage protection circuit, and more particularly, to an overvoltage protection circuit such that leakage current is minimized below the reference voltage and leakage current rapidly increases above the reference voltage.

RFID는 Radio Frequency IDentification의 약자로서, 스마트 태그라고도 불리며, 각종 물품에 소형 칩을 부착해 사물의 정보와 주변 환경정보를 무선주파수로 전송하고 처리하는 비접촉식 인식시스템이다. RFID stands for Radio Frequency IDentification, also called smart tag, and is a non-contact recognition system that transmits and processes information and surrounding environment information by radio frequency by attaching small chip to various items.

RFID 시스템을 구성하는 기본 요소로는 안테나, 태그, 판독기를 들 수 있으며, 판독기에서 사물에 부착된 얇은 평면 형태의 태그를 식별함으로써 정보를 처리한다. 이러한 RFID 시스템 중, 저주파 전파식별 시스템(30 kHz~500 kHz)은 1.8m 이하의 짧은 거리에서 사용되며, 고주파 시스템(850 MHz~950 MHz 또는 2.4 GHz~2.5 GHz)은 27m 이상의 먼 거리에서 전송이 가능하다.Basic elements of an RFID system include an antenna, a tag, and a reader, and the reader processes information by identifying a thin flat tag attached to an object. Among these RFID systems, low frequency radio frequency identification systems (30 kHz to 500 kHz) are used at short distances of less than 1.8 m, while high frequency systems (850 MHz to 950 MHz or 2.4 GHz to 2.5 GHz) are capable of transmitting at a distance of more than 27 m. It is possible.

한편, RF 태그는 반도체로 제작된 트랜스폰더 칩과 안테나로 구성되며, 수동식과 능동식이 있다. 수동식의 RF 태그는 내부 전원 없이 판독기의 전파신호로부터 에너지를 공급받아 동작하는 데 반해, 능동식은 스스로 작동하기 위해 전지가 내장되어 있다. RF tags, on the other hand, consist of a transponder chip and an antenna made of semiconductor, and are passive and active. Passive RF tags operate by receiving energy from the reader's radio signal without the need for an internal power supply, while actives have a built-in battery to operate on their own.

수동식의 RF 태그로부터 데이터를 공급받기 위해서, 판독기에서는 안테나를 통해 전력을 공급하며, RF 태그는 전력에 대한 응답으로 데이터를 제공한다. 안테나에서 전력을 공급하는 방식으로는 자기장을 이용하는 방식과 전파를 이용하는 방식이 주로 사용된다. 자기장 방식인 Inductive Coupling 방식은 안테나에서 강한 고주파를 발생시켜 자기장을 생성하고, 이 자기장이 RF 태그의 안테나 코일을 통과하면서 생기는 전류에 의해 RF 태그가 작동되며, 전파 방식인 Backscatter Coupling 방식은 안테나에서 전파를 보내면, RF 태그에서 전파를 받아 파워로 사용함으로써 RF 태그가 작동된다. To receive data from the passive RF tag, the reader supplies power through an antenna, which provides the data in response to the power. As a method of supplying power from an antenna, a method using a magnetic field and a method using radio waves are mainly used. Inductive Coupling, which is a magnetic field method, generates a strong high frequency in an antenna to generate a magnetic field.The RF tag is operated by a current generated while the magnetic field passes through an antenna coil of an RF tag.As a propagation method, the Backscatter Coupling method propagates in an antenna. When you send, the RF tag is activated by receiving the radio wave from the RF tag and using it as power.

이러한 수동식 RF 태그의 경우, 안테나와 RF 태그와의 거리에 따라 RF 태그에 도달하는 RF 파워가 상이하다. 즉, 안테나와 RF 태그와의 거리가 가까우면 RF 태그에 도달하는 RF 파워가 커지게 되는데, 일반적인 RF 태그의 동작전압인 1.5 내지 5V보다 RF 파워가 커져 회로소자가 안정되게 동작하는 전압의 범위를 벗어나게 된다. 이러한 안테나와 RF 태그 사이의 거리(

Figure 112005009906711-pat00001
)와, RF 태그가 동작가능한 파워(
Figure 112005009906711-pat00002
)는 다음의 수학식 1과 같은 관계를 갖는다. In the case of such a passive RF tag, the RF power reaching the RF tag is different depending on the distance between the antenna and the RF tag. That is, when the distance between the antenna and the RF tag is close, the RF power reaching the RF tag is increased. The RF power is larger than 1.5 to 5 V, which is the operating voltage of a general RF tag, so that the range of the voltage in which the circuit device operates stably is maintained. You get out. The distance between these antennas and the RF tag (
Figure 112005009906711-pat00001
) And the power that the RF tag can operate
Figure 112005009906711-pat00002
) Has the same relationship as in Equation 1 below.

Figure 112005009906711-pat00003
Figure 112005009906711-pat00003

여기서, η는 정류기의 효율,

Figure 112006013594552-pat00004
는 안테나의 게인,
Figure 112006013594552-pat00005
은 태그가 동작가능한 파워를 나타내며, GR은 수신기 게인, PT은 전송 파워, λ는 파워신호의 파장이다. 수학식 1에 따르면 안테나와 RF 태그와의 거리(
Figure 112006013594552-pat00006
)는 태그가 동작가능한 파워(
Figure 112006013594552-pat00007
)의 제곱근에 반비례함을 알 수 있다. Where η is the efficiency of the rectifier,
Figure 112006013594552-pat00004
Is the gain of the antenna,
Figure 112006013594552-pat00005
Is the power that the tag can operate, G R is the receiver gain, P T is the transmit power, and λ is the wavelength of the power signal. According to Equation 1, the distance between the antenna and the RF tag (
Figure 112006013594552-pat00006
) Is the power that the tag can operate on (
Figure 112006013594552-pat00007
Inversely proportional to the square root of

이러한 RF 태그의 회로소자에 과도한 전압이 제공되는 것을 방지하기 위해 과전압 보호 회로인 리미터를 사용하고 있다. In order to prevent excessive voltage from being applied to the circuit elements of the RF tag, an overvoltage protection circuit, a limiter, is used.

도 1은 RF 태그의 부분 회로도이다. 도시된 바와 같이, RF 태그에 안테나로부터 RF 파워가 제공되면, RF 태그에서는 먼저 다이오드(D1)와 커패시터(C1)를 이용하여 RF 파워를 DC 파워로 변환시키고, DC 파워를 리미터(10)로 제공한다. 1 is a partial circuit diagram of an RF tag. As shown, when RF power is provided from the antenna to the RF tag, the RF tag first converts the RF power into DC power using a diode D1 and a capacitor C1, and provides the DC power to the limiter 10. do.

도 2는 종래의 제1실시예에 따른 RF 태그에 사용되는 리미터의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 리미터(10)는, 직렬로 연결된 복수 개의 반도체 스위칭 소자 (M0, M1, M2, M4, M5)와, 이 반도체 스위칭 소자 (M0, M1, M2, M4, M5)와 병렬연결된 하나의 반도체 스위칭 소자(M3)를 포함한다. 여기서, 모든 반도체 스위칭 소자는, n채널형 MOSFFET으로 형성되며, 병렬연결된 MOSFET(M3)은 질렬연결된 MOSFET 중 하나로부터 게이트전압을 제공받아 소스와 드레인 간 전류가 흐르도록 한다. 2 is a circuit diagram of a limiter used for an RF tag according to a first embodiment of the prior art. As shown, the limiter 10 is connected to a plurality of semiconductor switching elements (M0, M1, M2, M4, M5) connected in series with the semiconductor switching elements (M0, M1, M2, M4, M5) in parallel. One semiconductor switching element M3 is included. Here, all the semiconductor switching elements are formed of n-channel MOSFFETs, and the parallel-connected MOSFET M3 receives a gate voltage from one of the serially-connected MOSFETs so that current between the source and drain flows.

이러한 리미터(10)에서는 RF 태그의 회로소자를 작동시키는 기준전압 미만에서는 회로소자인 레귤레이터(20)로 최대한으로 전류가 제공되도록 하고, 기준전압 이상에서는 레귤레이터(20)로 최소한의 전류가 제공되도록 한다. 예를 들어, 도 2의 회로도에서 5V를 기준전압으로 하고, 기준전압 미만에서 누설전류가 100nA 이하가 되고, 기준전압 이상에서는 누설전류가 100uA 이상이 되어야 한다고 설정하였다고 하자. 이를 만족시키기 위해서는, 정류소자로부터 공급되는 전압이 5V 이하이면 모든 전류가 레귤레이터로 제공되어야 하고, 5V 이상이면 전류가 급격히 그라운드 되어야 한다. In the limiter 10, the current is supplied to the regulator 20, which is a circuit element, as much as possible under the reference voltage for operating the circuit element of the RF tag, and the minimum current is provided to the regulator 20 at or above the reference voltage. . For example, in the circuit diagram of FIG. 2, it is assumed that 5 V is referred to as the reference voltage, and that the leakage current should be 100 nA or less below the reference voltage, and the leakage current should be 100 uA or more above the reference voltage. To satisfy this, all currents must be provided to the regulator when the voltage supplied from the rectifying element is 5V or less, and the current must be rapidly grounded when 5V or more.

그런데, 다음의 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 실제 작동 결과에 따르면, 기준전압인 5V에서 0.45uA의 누설전류가 흐름을 알 수 있다. 즉, 기준전압 이상에서 누설전류가 100uA 이상으로 급격히 흘러야 하는 기준에 절대적으로 못 미침을 알 수 있다. However, as shown in the following Table 1, according to the actual operation results, it can be seen that the leakage current of 0.45uA flows at the reference voltage 5V. In other words, it can be seen that the leakage current flows in excess of 100uA above the reference voltage.

입력전압(V)Input voltage (V) 누설전류Leakage current 2.52.5 0.053nA0.053nA 3.03.0 0.29nA0.29nA 4.04.0 13.15nA13.15nA 5.05.0 0.45uA0.45uA 5.55.5 2.0uA2.0uA 6.06.0 7.30uA7.30uA

이러한 종래의 리미터에서 기준전압 이상에서 누설전류가 급격히 증가하지 아니하는 이유는, MOSFET의 전류특성을 나타내는 다음의 수학식 2를 통해 파악할 수 있다. The reason why the leakage current does not increase rapidly above the reference voltage in the conventional limiter can be understood through Equation 2 below, which represents the current characteristics of the MOSFET.

Figure 112005009906711-pat00008
Figure 112005009906711-pat00008

여기서,

Figure 112005009906711-pat00009
는 MOSFET의 게이트-소스 간 입력되는 전압이고,
Figure 112005009906711-pat00010
는 MOSFET을 턴온시키기 위해 소스에 제공되는 턴온전압이다. 즉, MOSFET의 전류특성(
Figure 112005009906711-pat00011
)은 게이트-소스 간 전압(
Figure 112005009906711-pat00012
)의 제곱에 비례함을 알 수 있다. 따라서, MOSFET의 턴온전압(
Figure 112005009906711-pat00013
)이 일정한 상태에서, 게이트-소스 간 전압 (
Figure 112005009906711-pat00014
)이 커질수록 누설전류의 증가폭이 커지기는 하나, 기준전압 이상에서 급격히 누설전류가 증가할 수는 없는 것이다. here,
Figure 112005009906711-pat00009
Is the input voltage between gate and source of MOSFET,
Figure 112005009906711-pat00010
Is the turn-on voltage provided to the source to turn on the MOSFET. That is, the current characteristics of the MOSFET
Figure 112005009906711-pat00011
) Is the gate-to-source voltage (
Figure 112005009906711-pat00012
Is proportional to the square of. Therefore, the turn-on voltage of the MOSFET
Figure 112005009906711-pat00013
Is constant, the gate-to-source voltage (
Figure 112005009906711-pat00014
As the) increases, the leakage current increases, but the leakage current cannot increase rapidly above the reference voltage.

도 3은 종래의 제2실시예에 따른 RF 태그에 사용되는 리미터의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 리미터 회로는, 직렬로 연결된 복수의 n채널 MOSFET (MN0, MN1, MN2, MN4, MN5)과, 직렬연결된 n채널 MOSFET(MN0, MN1, MN2, MN4, MN5)과 상호 병렬연결된 세 쌍의 n채널 MOSFET(MN8,MN3)(MN9,MN6)(MN10,MN7)를 갖는다. 여기서, MN10의 게이트에는 MN1의 드레인전압이 입력되어 MN10을 턴온시키며, 턴온시 정류소자로부터 제공된 전류를 MN7로 제공한다. MN7의 게이트에는 MN9의 턴온시 소스전압이 입력되어 MN7을 턴온시키며, MN9가 턴온되려면 MN1이 턴온되어야 한다. 따라서 MN1이 턴온되어야만 MN7이 턴온될 수 있다. 마찬가지로 MN9와 직렬연결된 MN6은 MN8의 소스전압을 게이트로 제공받아 턴온되며, MN8의 게이트에는 MN2의 소스전압이 제공되므로, MN3이 턴온되어야 MN5가 턴온될 수 있다. 이에 반해, MN3은 정류소자로부터의 전압이 MN0, MN1, MN2 and MN4를 통해 게이트로 직접 입력되므로, MN0과 마찬가지로 입력전압이 MN3의 턴온전압을 초과하면 턴온된다. 3 is a circuit diagram of a limiter used for an RF tag according to a second exemplary embodiment. As shown, the limiter circuit is connected to a plurality of n-channel MOSFETs (MN0, MN1, MN2, MN4, MN5) connected in series and in parallel with the n-channel MOSFETs (MN0, MN1, MN2, MN4, MN5) connected in series. There are three pairs of n-channel MOSFETs (MN8, MN3) (MN9, MN6) (MN10, MN7). Here, the drain voltage of MN1 is input to the gate of MN10 to turn on MN10, and provides the current supplied from the rectifying element to MN7 at turn-on. The source voltage is input to the gate of MN7 when MN9 is turned on to turn on MN7. MN1 must be turned on to turn on MN9. Therefore, MN7 can be turned on only when MN1 is turned on. Similarly, MN6 connected in series with MN9 is turned on by receiving a source voltage of MN8 as a gate, and a source voltage of MN2 is provided to a gate of MN8 so that MN5 can be turned on only when MN3 is turned on. On the contrary, since the voltage from the rectifying element is directly input to the gate through MN0, MN1, MN2 and MN4, MN3 is turned on when the input voltage exceeds the turn-on voltage of MN3, similar to MN0.

이러한 리미터 회로에서 상호 직렬연결된 각 MOSFET(MN0, MN1, MN2, MN4, MN5)은 정류소자로부터 입력되는 입력전압에 따라 턴온되고, 입력전압이 미리 설정된 기준전압에 도달할 때까지 순차적으로 턴온된다. 그리고, 상호 병렬연결된 세 쌍의 MOSFET(MN8,MN3)(MN9,MN6)(MN10,MN7)중, MN10은 MN0이 턴온되면 턴온되고, MN9와 MN7은 MN1이 턴온되면 거의 동시에 턴온되며, MN8과 MN6은 MN2가 턴온되면 거의 동시에 턴온된다. 이렇게 턴온된 각 MOSFET을 통과하면서 전류가 감쇠된다. In this limiter circuit, each of the MOSFETs MN0, MN1, MN2, MN4, and MN5 connected in series is turned on in accordance with an input voltage input from a rectifying element, and sequentially turned on until the input voltage reaches a preset reference voltage. Among the three pairs of MOSFETs (MN8, MN3) (MN9, MN6) (MN10, MN7) connected in parallel, MN10 turns on when MN0 turns on, and MN9 and MN7 turn on almost simultaneously when MN1 turns on, and MN6 turns on almost simultaneously when MN2 is turned on. The current is attenuated through each of the MOSFETs turned on.

아래의 표 2는 도 3의 리미터 회로에서의 입력전압에 대한 누설전류를 나타내고 있다. Table 2 below shows the leakage current with respect to the input voltage in the limiter circuit of FIG.

입력전압(V)Input voltage (V) 누설전류Leakage current 2.52.5 10uA10 uA 3.03.0 112uA112uA 4.04.0 897uA897uA 4.54.5 1.6mA1.6 mA 5.05.0 2.4mA2.4mA 5.55.5 3.4mA3.4mA 6.06.0 4.5mA4.5 mA

표 2에 나타난 바와 같이, 입력전압이 기준전압인 5V 이상에서는 100uA가 넘는 누설전류가 발생되어 전류특성이 우수하다. 그러나, 입력전압이 기준전압 이하인 경우에는 누설전류가 100nA 이하여야 함에도 불구하고, 입력전압이 3V 인 경우를 보면 누설전류가 112uA로서 너무 과도한 누설전류가 발생하여 레귤레이터(20)로 공급되는 전류가 급격히 작아진다는 문제점이 있다. As shown in Table 2, when the input voltage is 5V or more, which is a reference voltage, a leakage current of more than 100 uA is generated, thereby providing excellent current characteristics. However, when the input voltage is less than the reference voltage, the leakage current should be 100nA or less.However, when the input voltage is 3V, the leakage current is 112uA, so excessive leakage current is generated and the current supplied to the regulator 20 is suddenly increased. There is a problem of being smaller.

이에 따라, 기준전압 미만에서는 누설전류가 최소가 되고, 기준전압 이상에서는 누설전류가 급격히 증가하는 리미터를 설계함으로써, 기준전압 이상에서 RF 태그 회로에 과전압이 공급되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기준전압 이하에서는 충분한 전류가 레귤레이터로 제공될 수 있도록 해야 할 것이다. Accordingly, by designing a limiter in which the leakage current is minimized below the reference voltage and the leakage current rapidly increases above the reference voltage, it is possible to prevent overvoltage from being supplied to the RF tag circuit above the reference voltage. Below the voltage, enough current must be provided to the regulator.

따라서, 본 발명의 목적은, 기준전압 미만에서는 누설전류가 최소가 되고, 기준전압 이상에서는 누설전류가 급격히 증가하여 최대가 되도록 하는 과전압 보호 회로를 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an overvoltage protection circuit in which the leakage current is minimized below the reference voltage, and the leakage current rapidly increases to the maximum above the reference voltage.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상호 직렬연결되어 정류소자로부터의 입력전압의 크기에 따라 순차적으로 턴온되는 복수의 반도체 소자로 형성된 제1스위칭부; 전류특성이 상이한 한 쌍의 반도체 소자가 직렬연결되어 형성되며, 상기 제1스위칭부와 병렬연결되는 적어도 한 쌍의 제2스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 한다. A configuration of the present invention for achieving this object, the first switching unit formed of a plurality of semiconductor devices are connected in series with each other and sequentially turned on according to the magnitude of the input voltage from the rectifying device; A pair of semiconductor devices having different current characteristics may be formed in series and include at least one pair of second switching units connected in parallel with the first switching unit.

상기 제1스위칭부는 n채널 MOSFET으로 형성될 수 있다. The first switching unit may be formed of an n-channel MOSFET.

상기 제2스위칭부는 n채널 MOSFET과, PNP형 BJT가 직렬로 연결되어 형성되는 것이 바람직하다. Preferably, the second switching unit is formed by connecting an n-channel MOSFET and a PNP type BJT in series.

상기 각 제2스위칭부는 상호 병렬 연결되는 것이 바람직하다. Each of the second switching units is preferably connected in parallel to each other.

상기 제2스위칭부의 각 n채널 MOSFET은 상기 제1스위칭부의 각 n채널 MOSFET으로부터 게이트전압을 공급받을 수 있다. Each n-channel MOSFET of the second switching unit may receive a gate voltage from each n-channel MOSFET of the first switching unit.

상기 제2스위칭부의 각 n채널 MOSFET은 상기 PNP형 BJT의 에미터로 전압을 제공할 수 있다. Each n-channel MOSFET of the second switching unit may provide a voltage to the emitter of the PNP type BJT.

상기 제2스위칭부의 n채널 MOSFET과 직렬연결되며, 상기 제1스위칭부의 n채널 MOSFET으로부터 게이트전압을 제공받는 복수의 n채널 MOSFET을 더 포함할 수 있다. The semiconductor device may further include a plurality of n-channel MOSFETs connected in series with the n-channel MOSFETs of the second switching unit and receiving a gate voltage from the n-channel MOSFETs of the first switching unit.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 과전압 보호회로의 회로도이다. 도시된 바와 같이, 본 과전압 보호회로는, 직렬연결된 복수의 제1스위칭부(30)와, 상호 병렬 연결되며 제1스위칭부(30)와도 병렬연결된 복수 쌍의 제2스위칭부(40)를 포함한다. 4 is a circuit diagram of an overvoltage protection circuit according to a first embodiment of the present invention. As illustrated, the overvoltage protection circuit includes a plurality of first switching units 30 connected in series, and a plurality of pairs of second switching units 40 connected in parallel with each other and also connected in parallel with the first switching unit 30. do.

각 제1스위칭부(30)(MMN1, MMN2, MMN4, MMN6, MMN8)는, n채널 MOSFET으로 형성되며, 각 제1스위칭부(30)는 게이트와 드레인이 연결되어 동일한 전압이 제공된다. 따라서, 각 제1스위칭부(30)는 다이오드로서의 역할을 한다. 이러한 제1스위칭부(30)는 누설전류 제어의 기준이 되는 기준전압과, 제1스위칭부(30)를 턴온시키는 턴온전압에 의해 직렬연결되는 제1스위칭부(30)의 갯수가 결정된다. Each first switching unit 30 (MMN1, MMN2, MMN4, MMN6, MMN8) is formed of an n-channel MOSFET, and each first switching unit 30 is connected to a gate and a drain to provide the same voltage. Therefore, each first switching unit 30 serves as a diode. The first switching unit 30 determines the number of first switching units 30 connected in series by a reference voltage as a reference for controlling leakage current and a turn-on voltage for turning on the first switching unit 30.

각 제2스위칭부(40)(MMN7,Q3)(MMN5,Q2)(MMN3,Q1)는 각각 하나의 MOSFET (MMN7, MMN5, MMN3)과, 하나의 BJT(Q3,Q2,Q1)가 직렬연결되어 형성된다. 여기서, 제2스위칭부(40)의 각 MOSFET의 게이트에는 제1스위칭부(30) 중 하나로부터 게이트 전압이 제공된다. 예를 들어, MMN3의 게이트에는 MMN2의 게이트전압이 제공되고, MMN5의 게이트에는 MMN4의 게이트전압이 제공되고, MMN7의 게이트에는 MMN6으로부터의 게이트전압이 제공된다. 따라서, 제2스위칭부(40)인 MMN3은 제1스위칭부(30)인 MMN2와 동일한 게이트전압을 사용하므로 MMN2와 동시에 턴온되며, MMN5과 MMN4, MMN7과 MMN6도 동일한 이유로 동시에 턴온된다. Each second switching unit 40 (MMN7, Q3) (MMN5, Q2) (MMN3, Q1) has one MOSFET (MMN7, MMN5, MMN3) and one BJT (Q3, Q2, Q1) connected in series. It is formed. Here, a gate voltage is provided from one of the first switching units 30 to the gate of each MOSFET of the second switching unit 40. For example, a gate voltage of MMN2 is provided to a gate of MMN3, a gate voltage of MMN4 is provided to a gate of MMN5, and a gate voltage from MMN6 is provided to a gate of MMN7. Therefore, since the second switching unit 40 uses the same gate voltage as that of the first switching unit 30, MMN2 is simultaneously turned on with MMN2, and MMN5, MMN4, MMN7, and MMN6 are simultaneously turned on for the same reason.

한편, 제2스위칭부(40)의 각 BJT(Q3,Q2,Q1)는 기질 PNP 트랜지스터로 형성된다. 제2스위칭부(40)의 BJT인 Q1은 MMN3의 턴온시 에미터로 드레인전압을 제공받아 턴온되며, Q2는 MMN5의 턴온과 연동하여 턴온되고, Q3는 MMN7의 턴온과 연동하여 턴온된다. On the other hand, each BJT (Q3, Q2, Q1) of the second switching unit 40 is formed of a substrate PNP transistor. Q1, which is the BJT of the second switching unit 40, is turned on by receiving a drain voltage to the emitter when the MMN3 is turned on, Q2 is turned on in conjunction with the turn-on of MMN5, and Q3 is turned on in conjunction with the turn-on of MMN7.

이러한 과전압 보호회로의 제2스위칭부(40)에 포함되는 BJT의 전류특성(

Figure 112005009906711-pat00015
)은 다음의 수학식 3으로 표현된다. Current characteristics of the BJT included in the second switching unit 40 of the overvoltage protection circuit (
Figure 112005009906711-pat00015
) Is expressed by the following equation (3).

Figure 112005009906711-pat00016
Figure 112005009906711-pat00016

여기서, BJT의 전류특성은 베이스-에미터간 전압(

Figure 112005009906711-pat00017
)에 지수함수적으로 변화함을 알 수 있다. 따라서, 지수함수의 특성상 턴온전압(
Figure 112005009906711-pat00018
)과 입력전압을 조절하면 특정한 기준전압 이상에서 급격히 누설전류가 증가하도록 설계할 수 있다. Here, the current characteristic of the BJT is the base-emitter voltage (
Figure 112005009906711-pat00017
It can be seen that it changes exponentially with). Therefore, the turn-on voltage (
Figure 112005009906711-pat00018
) And the input voltage can be designed to rapidly increase the leakage current above a certain reference voltage.

이러한 구성에 의한 과전압 보호회로의 동작을 기준전압 미만의 입력전압이 공급된 경우와 기준전압 이상의 입력전압이 공급된 경우, 각각에 대해 살펴보면 다음과 같다. The operation of the overvoltage protection circuit by such a configuration is described below when the input voltage below the reference voltage and the input voltage above the reference voltage are supplied.

먼저, 기준전압 미만의 입력전압이 공급된 경우, 입력전압에 따라 턴온되는 제1스위칭부(30)의 갯수가 달라진다. 예를 들어, 기준전압이 5V이고, 제1스위칭부(30)가 5개이며 각 제1스위칭부(30)는 턴온전압이 1V라고 가정하자. 입력전압이 1V 미만이면 입력전압은 전류가 누설되지 아니한 상태로 레귤레이터로 제공되고, 입력전압이 1V 이상 2V 미만이면 제1스위칭부(30)의 MMN1만이 턴온된다. 이 때, 제2스위칭부(40) 중 MMN3, MMN5, MMN7은 턴온전압이 1V 이하이더라도 입력전압은 게이트가 아닌 소스로 제공되므로 턴온되지 아니한다. First, when an input voltage less than the reference voltage is supplied, the number of the first switching units 30 turned on varies according to the input voltage. For example, assume that the reference voltage is 5V, the first switching unit 30 is five, and each first switching unit 30 has a turn-on voltage of 1V. If the input voltage is less than 1V, the input voltage is provided to the regulator in a state where no current leaks. If the input voltage is more than 1V and less than 2V, only the MMN1 of the first switching unit 30 is turned on. At this time, MMN3, MMN5, and MMN7 of the second switching unit 40 are not turned on because the input voltage is provided to the source, not the gate, even if the turn-on voltage is 1V or less.

입력전압이 2V 이상이면, 입력전압이 증가함에 따라 MMN2, MMN4, MMN6, MMN8이 순차적으로 턴온된다. 이 때, MMN2의 턴온과 동시에 MMN3가 턴온되고, MMN4와 동시에 MMN5가 턴온되고, MMN6이 턴온되는 동시에 MMN7이 턴온된다. 이렇게 MMN3, MMN5, MMN7이 턴온되면, MMN3, MMN5, MMN7으로부터 에미터전압을 제공받는 BJT Q1, Q2, Q3는 MMN3, MMN5, MMN7의 턴온에 따라 순차적으로 턴온된다. If the input voltage is 2V or more, MMN2, MMN4, MMN6, and MMN8 are sequentially turned on as the input voltage increases. At this time, MMN3 is turned on at the same time as MMN2 is turned on, MMN5 is turned on at the same time as MMN4, and MMN7 is turned on at the same time MMN6 is turned on. When the MMN3, MMN5, and MMN7 are turned on, the BJTs Q1, Q2, and Q3, which receive emitter voltages from the MMN3, MMN5, and MMN7, are sequentially turned on in accordance with the turn-on of the MMN3, MMN5, and MMN7.

한편, 입력전압이 기준전압인 5V에 도달하면, 제1스위칭부(30)의 각 MOSFET과 제2스위칭부(40)의 각 MOSFET 및 BJT가 턴온되며, 정류소자로부터 입력된 입력전압은 제1스위칭부(30)와 제2스위칭부(40)의 모든 트랜지스터를 통과하면서 누설전류가 급격히 증가하게 된다. On the other hand, when the input voltage reaches the reference voltage of 5V, each MOSFET of the first switching unit 30 and each MOSFET and BJT of the second switching unit 40 is turned on, the input voltage input from the rectifying element is a first The leakage current rapidly increases while passing through all the transistors of the switching unit 30 and the second switching unit 40.

이러한 실시예에 따라 과전압 보호회로를 설계한 경우, 입력전압에 따라 누 설전류는 다음의 표 3과 같이 나타난다. When the overvoltage protection circuit is designed according to this embodiment, the leakage current is shown in Table 3 according to the input voltage.

입력전압(V)Input voltage (V) 누설전류Leakage current 2.52.5 0.14nA0.14nA 3.03.0 1.72nA1.72nA 4.04.0 0.57uA0.57 uA 5.05.0 85.9uA85.9uA 5.55.5 410uA410uA 6.06.0 1.10mA1.10 mA

표 3에 나타난 바와 같이, 5V 이상에서는 410uA, 1.10mA로 급격히 누설전류가 증가하는 반면, 5V 미만에서는 0.14nA, 1.72nA, 0.57uA로 누설전류가 매우 작음을 볼 수 있다. 특히, 기준전압인 5V에서 85.9uA로 도 2에 개시된 종래기술에 비해 200배에 이르는 누설전류가 형성되었음을 알 수 있다. 즉, 본 과전압 보호회로는 일반적인 과전압 보호회로에서 목적하는 바처럼, 기준전압 이하에서는 누설전류를 최소화하고, 기준전압 이상에서는 누설전류를 최대화할 수 있음을 알 수 있다. As shown in Table 3, the leakage current rapidly increases to 410 uA and 1.10 mA at 5 V and above, while the leakage current is very small at 0.14 nA, 1.72 nA, and 0.57 uA below 5 V. In particular, it can be seen that the leakage current up to 200 times as compared to the prior art disclosed in FIG. That is, this overvoltage protection circuit can be seen that it is possible to minimize the leakage current below the reference voltage, and to maximize the leakage current above the reference voltage, as intended in the general overvoltage protection circuit.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 과전압 보호회로의 회로도로서, EEPROM과 같은 메모리에 사용되는 과전압 보호회로이다. 일반적으로 EEPROM 등은 15 내지 20V의 동작전압이 필요하며, 통상적인 리미터 만으로는 충분한 누설전류를 생성하기 어렵다. 이에 따라, 전하 펌프 리미터를 사용하여 회로소자에 입력되는 전압을 일정하게 유지시키고 누설전류를 조절하게 된다. 5 is a circuit diagram of an overvoltage protection circuit according to a second embodiment of the present invention, which is an overvoltage protection circuit used for a memory such as an EEPROM. In general, an EEPROM or the like requires an operating voltage of 15 to 20 V, and it is difficult to generate a sufficient leakage current with a conventional limiter alone. Accordingly, the charge pump limiter is used to keep the voltage input to the circuit element constant and to control the leakage current.

본 전하 펌프 리미터는, 다수의 n채널 MOSFET이 직렬로 연결되어 형성된 제1스위칭부(50)와, 제1스위칭부(50)와 병렬로 배치되며 n채널 MOSFET과 PNP형 BJT로 이루어진 복수의 제2스위칭부(60)를 포함한다. 여기서, 제2스위칭부(60)의 각 MOSFET은 제1스위칭부(50)의 각 MOSFET으로부터 게이트전압을 제공받아 턴온되며, 각 BJT는 제2스위칭부(60)의 각 MOSFET으로부터 에미터전압을 제공받아 턴온된다는 점에서 도 4의 과전압 보호회로와 거의 유사하다. 다만, 본 전하 펌프 리미터는, 제2스위칭부(60)의 각 MOSFET에 직렬연결되며, 제2스위칭부(60)의 각 MOSFET에 게이트전압을 제공하는 제1스위칭부(50)의 MOSFET보다 입력전압에 가까이 배치된 MOSFET(MMAT24,MMAT6)으로부터 게이트전압을 공급받는 복수의 MOSFET(MMAT2, MMAT3, MMAT4)이 형성되어 있다. The charge pump limiter includes a first switching unit 50 formed by connecting a plurality of n-channel MOSFETs in series, and a plurality of first channels formed in parallel with the first switching unit 50 and composed of an n-channel MOSFET and a PNP type BJT. 2 includes a switching unit (60). Here, each MOSFET of the second switching unit 60 is turned on by receiving a gate voltage from each MOSFET of the first switching unit 50, and each BJT receives an emitter voltage from each MOSFET of the second switching unit 60. It is almost similar to the overvoltage protection circuit of FIG. 4 in that it is provided and turned on. However, the charge pump limiter is connected in series to each MOSFET of the second switching unit 60, and is inputted from the MOSFET of the first switching unit 50 which provides a gate voltage to each MOSFET of the second switching unit 60. A plurality of MOSFETs MMAT2, MMAT3, and MMAT4, which receive gate voltages from MOSFETs MMAT24 and MMAT6 disposed close to the voltage, are formed.

이러한 전하 펌프 리미터의 제2스위칭부(60)에서의 전류 소비방식을 보면, MMAT26와 MMAT28에 걸리는 전압의 합이 MMAT25와 Q4에 걸리는 전압의 합과 같으며, 입력전압의 증가에 따라 MMAT26와 MMAT28에서는 게이트-소스간 전압의 제곱에 비례하도록 누설전류가 증가하고, Q4에서는 베이스-에미터간 전압에 지수함수적으로 누설전류가 증가한다. 이러한 동작은 Q1, Q2, Q3에서도 거의 유사하게 나타나며, 결과적으로 입력전압의 변화에 따라 누설전류가 지수함수적으로 증가하도록 한다. In the current consumption method of the second switching unit 60 of the charge pump limiter, the sum of the voltages applied to the MMAT26 and MMAT28 is equal to the sum of the voltages applied to the MMAT25 and Q4, and as the input voltage increases, the MMAT26 and MMAT28 The leakage current increases in proportion to the square of the gate-source voltage. In Q4, the leakage current increases exponentially with the base-emitter voltage. This behavior is almost similar for Q1, Q2 and Q3, resulting in an exponential increase in leakage current as the input voltage changes.

이와 같이, 본 과전압 보호회로에서는 제2스위칭부(60)에서 누설전류를 증가시키는데 기존의 MOSFET 대신 BJT를 사용함으로써, BJT의 전류특성에 따라 누설전류를 지수함수적으로 변화시키도록 하고 있다. 이에 따라, 기준전압 이하에서는 누설전류를 최소화하고, 기준전압 이상에서 누설전류를 최대화할 수 있게 됨으로써, 기준전압 이상에서 RF 태그 회로에 과전압이 공급되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 기준전압 이하에서는 충분한 전류가 레귤레이터로 제공될 수 있다. As described above, in the overvoltage protection circuit, the BJT is used instead of the existing MOSFET to increase the leakage current in the second switching unit 60, so that the leakage current is exponentially changed according to the current characteristics of the BJT. Accordingly, the leakage current can be minimized below the reference voltage and the leakage current can be maximized above the reference voltage, thereby preventing overvoltage from being supplied to the RF tag circuit above the reference voltage. Sufficient current can be provided to the regulator.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기준전압 이하에서는 누설전 류를 최소화하고, 기준전압 이상에서 누설전류를 최대화할 수 있게 된다. As described above, according to the present invention, the leakage current can be minimized below the reference voltage, and the leakage current can be maximized above the reference voltage.

또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. Further, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, which should be taken as exemplary, and various modifications may be made without departing from the technical spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined not only by the claims below, but also by the equivalents of the claims.

Claims (7)

상호 직렬연결되어 정류소자로부터의 입력전압의 크기에 따라 순차적으로 턴온되는 복수의 반도체 소자로 형성된 제1스위칭부;A first switching unit formed of a plurality of semiconductor devices connected in series to each other and sequentially turned on according to a magnitude of an input voltage from the rectifying device; 전류특성이 상이한 MOSFET과 BJT가 직렬연결되어 쌍을 이루어 형성되며, 상기 제1스위칭부와 병렬연결되는 적어도 한 쌍의 제2스위칭부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로.MOSFETs and BJTs having different current characteristics are formed in pairs in series, and include at least one pair of second switching units connected in parallel with the first switching unit. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1스위칭부는 n채널 MOSFET으로 형성되는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로.And the first switching unit is formed of an n-channel MOSFET. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2스위칭부의 상기 MOSFET는 n채널 MOSFET이며, 상기 BJT는 PNP형 BJT인 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로. And said MOSFET is an n-channel MOSFET, and said BJT is a PNP type BJT. 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 각 제2스위칭부는 상호 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로. And each of the second switching units is connected in parallel to each other. 제 4 항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 제2스위칭부의 각 n채널 MOSFET은 상기 제1스위칭부의 각 n채널 MOSFET으로부터 게이트전압을 공급받는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로.Each n-channel MOSFET of the second switching unit receives a gate voltage from each of the n-channel MOSFET of the first switching unit. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제2스위칭부의 각 n채널 MOSFET은 상기 PNP형 BJT의 에미터로 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로. Each n-channel MOSFET of the second switching unit provides a voltage to the emitter of the PNP type BJT. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 6, 상기 제2스위칭부의 MOSFET과 직렬연결되며, 상기 제1스위칭부로부터 게이트전압을 제공받는 복수의 n채널 MOSFET을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 보호회로. And a plurality of n-channel MOSFETs connected in series with the MOSFETs of the second switching unit and receiving a gate voltage from the first switching unit.
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